面向对象设计原则 7 种

作者：@kuaiquxie
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面向对象设计原则

在进行软件开发时，不仅需要将基本的业务完成，还要考虑整个项目的可维护性和可复用性。

因此在编写代码时，应该尽可能的规范，不然随着项目的不断扩大，整体结构只会越来越遭。

为了避免这种情况的发生，应该尽量遵守面向对象设计原则。

1. 单一职责原则（Simple Responsibility Principle，SRP）

是最简单的面向对象设计原则，它用于控制类的粒度大小。

一个对象应该只包含单一的职责，并且该职责被完整地封装在一个类中。

// 程序员
class Coder{
    // 编程
    public void coding(){
    }
}

// 工人
class Worker{
    // 打螺丝
    public void work(){
    }
}

// 骑手
class Rider {
    // 送外卖
    public void ride(){
    }
}

在设计 Mapper、Service、Controller 等都应该采用单一职责原则根据不同的业务划分，作为实现高内聚低耦合的指导方针。

实际上微服务也是参考了单一职责原则，每个微服务只应担负一个职责。

2. 开闭原则（Open Close Principle）

是重要的面向对象设计原则。

软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。

一个软件实体，比如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。

其中，对扩展开放是针对提供方来说的，对修改关闭是针对调用方来说的。

比如程序员分为前端程序员、后端程序员，他们要做的都是去打代码，具体如何打代码根据不同语言的程序员决定。

将程序员打代码的行为抽象成统一的接口或抽象类，就满足了开闭原则的第一个要求：对扩展开放。

哪个程序员使用什么语言怎么编程，是自己在负责，不需要其他程序员干涉，就满足第二个要求：对修改关闭。

// 程序员
public abstract class Coder {
    public abstract void coding();
    // Java程序员
    class JavaCoder extends Coder{
        @Override
        public void coding() {
        }
    }
    // Python程序员
    class PythonCoder extends Coder{
        @Override
        public void coding() {
        }
    }
    // PHP程序员
    class PHPCoder extends Coder{
        @Override
        public void coding() {
        }
    }
}

通过提供一个 Coder 抽象类，定义出编程的行为，但是不进行实现，而是开放给其他具体类型的程序员来实现。这样就可以根据不同的业务进行灵活扩展了，具有较好的延续性。

3. 里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）

所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。

简单的说就是，子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能：

子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
子类可以增加自己特有的方法。
子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（方法的输入/形参）要比父类方法的输入参数更宽松。
子类的方法实现父类的方法时（重写/重载/实现抽象方法），方法的后置条件（方法的输出/返回值）要比父类更严格（与父类一样）。

// 程序员
public abstract class Coder {
    // 写代码
    public void coding() {
    }
    // Java程序员
    class JavaCoder extends Coder{
        // 打游戏
        public void game(){
        }
        // 写代码
        @Override
        public void coding() {
        }
    }
}

这里对父类的方法进行了重写，父类的行为就被子类覆盖了，这个子类已经不具备父类的原本的行为，违背了里氏替换原则。

对于这种情况，我们不需要再继承自 Coder 了，可以提升一下，将此行为定义到 People 中：

// 人类
public abstract class People {
    // 写代码。这个行为还是定义出来，但是不实现
    public abstract void coding();   
    // 程序员
    class Coder extends People{
        // 写代码
        @Override
        public void coding() {
        }
    }
    // Java程序员
    class JavaCoder extends People{
        // 打游戏
        public void game(){
        }
        // 写代码
        @Override
        public void coding() {
        }
    }
}

里氏替换也是实现开闭原则的重要方式

4. 依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）实现低耦合

是我们一直在使用的，最明显的就是 Spring 框架了。

高层模块不应依赖于底层模块，它们都应该依赖抽象。抽象不应依赖于细节，细节应该依赖于抽象。

高层模块，底层模块，细节都应该依赖于抽象

1.各模块强关联

public class UserController {
    UserService service = new UserService();
    // 调用服务
    static class UserService {
        UserMapper mapper = new UserMapper();
        // 业务代码......
    }
    static class UserMapper {
        // CRUD......
    }
}

公司业务需求变化

public class UserController {
    UserServiceNew service = new UserServiceNew();
    // 调用服务
    // 服务发生变化，新的方法在新的服务类中
    static class UserServiceNew {
        UserMapper mapper = new UserMapper();
        // 业务代码......
    }
    static class UserMapper {
        // CRUD......
    }
}

各个模块之间是强关联的，一个模块是直接指定依赖于另一个模块。虽然这样结构清晰，但是底层模块的变动，会直接影响到其他依赖于它的高层模块。如果项目很庞大，这样的修改将是一场灾难。

2.spring框架

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        UserController controller = new UserController();
    }
    
    interface UserMapper {
        // 接口中只做 CRUD 方法定义
    }
    static class UserMapperImpl implements UserMapper {
        // 实现类完成 CRUD 具体实现
    }
    
    
    interface UserService {
        // 业务接口定义......
    }
    static class UserServiceImpl implements UserService {
        // 现在由Spring来为我们选择一个指定的实现类，然后注入，而不是由我们在类中硬编码进行指定
        @Resource   
        UserMapper mapper;
        // 业务代码实现......
    }
    
    
    static class UserController {
        // 直接使用接口，就算你改实现，我也不需要再修改代码了
        @Resource
        UserService service;   
        // 业务代码......
    }
    
}

通过使用接口，将原有的强关联给弱化，只需要知道接口中定义了什么方法然后去使用即可。而具体的操作由接口的实现类来完成，并由 Spring 来为我们注入，而不是我们通过硬编码的方式去指定。

5. 接口隔离原则（Interface Segregation Principle, ISP）实现高内聚

实际上是对接口的细化。

客户端不应依赖那些它不需要的接口。

定义接口的时候，注意接口的粒度，细化接口，不然就是接口不匹配

// 电子设备
interface Device {
    // 获取 CPU 信息
    String getCpu();
    // 获取类型
    String getType();
    // 获取内存
    String getMemory();
}

// 电脑是一种电子设备，那么就实现此接口
class Computer implements Device {
    @Override
    public String getCpu() {
        return "i9-12900K";
    }
    @Override
    public String getType() {
        return "电脑";
    }
    @Override
    public String getMemory() {
        return "32G DDR5";
    }
}

// 电风扇也算是一种电子设备
class Fan implements Device {
    @Override
    public String getCpu() {
        // 风扇没有 CPU
        return null;   
    }
    @Override
    public String getType() {
        return "风扇";
    }
    @Override
    public String getMemory() {
        // 风扇没有内存
        return null;   
    }
}

电风扇适配该接口，不匹配，风扇压根就不需要 CPU 和内存

接口粒度细化

// 智能设备
interface SmartDevice {
    // 获取 CPU 信息
    String getCpu();
    // 获取类型
    String getType();
    // 获取内存
    String getMemory();
}

// 普通设备
interface NormalDevice {
    // 获取类型
    String getType();
}

// 电脑是一种智能设备，继承智能设备接口
class Computer implements SmartDevice {
    @Override
    public String getCpu() {
        return "i9-12900K";
    }
    @Override
    public String getType() {
        return "电脑";
    }
    @Override
    public String getMemory() {
        return "32G DDR5";
    }
}

// 电风扇是一种普通设备，继承普通设备接口
class Fan implements NormalDevice {
    @Override
    public String getType() {
        return "风扇";
    }
}

6. 合成复用原则（Composite Reuse Principle）实现低耦合

核心就是委派

优先使用对象组合，而不是通过继承来达到复用的目的。

在一个新的对象里面使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分，新的对象通过向这些对象的委派达到复用已有功能的目的。在考虑将某个类通过继承关系在子类得到父类已经实现的方法时，应该先考虑使用合成的方式来实现复用。

1.继承

class A {
    public void connectDatabase(){
        System.out.println("我是连接数据库操作！");
    }
}
// 直接通过继承的方式，得到 A 的数据库连接逻辑
class B extends A{    
    public void test(){
        System.out.println("我是B的方法，我也需要连接数据库！");
        // 直接调用父类方法
        connectDatabase();   
    }
}

耦合度太高了

通过继承的方式实现复用，是将类 B 直接指定继承自类 A 的。如果有一天，由于业务的更改，数据库连接操作不再由A来负责，而是由C去负责。就不得不将需要复用 A 中方法的子类全部进行修改，这样是费时费力的。并且还有一个问题，通过继承子类会得到一些父类中的实现细节，比如某些字段或是方法，这样直接暴露给子类，并不安全。

对象组合（通过对象之间的组合，我们就大大降低了类之间的耦合度，并且 A 的实现细节，B 也不会直接得到了。）

将类对象作为形参传入（或者作为对象直接传入）或者抽象成为一个接口（更灵活）

形参

class A {
    public void connectDatabase(){
        System.out.println("我是连接数据库操作！");
    }
}
// 不进行继承，而是在用的时候给我一个 A，当然也可以抽象成一个接口，更加灵活
class B {   
    public void test(A a){
        System.out.println("我是B的方法，我也需要连接数据库！");
        // 通过对象 A 去执行
        a.connectDatabase();   
    }
}


传入对象
    
class A {
    public void connectDatabase(){
        System.out.println("我是连接数据库操作！");
    }
}
class B {
    
    A a;
    
    // 在构造时就指定好
    public B(A a){   
        this.a = a;
    }
    
    public void test(){
        System.out.println("我是B的方法，我也需要连接数据库！");
        // 通过对象 A 去执行
        a.connectDatabase();   
    }
    
}

7. 迪米特法则（Law of Demeter）实现低耦合

又称最少知识原则，是对程序内部数据交互的限制。

每一个软件单位对其他单位都只有最少的知识，而且局限于那些与本单位密切相关的软件单位。

一个类/模块对其他的类/模块有越少的交互越好。当一个类发生改动，与其相关的类需要尽可能少的受影响。这样我们在维护项目的时候会更加轻松一些。其实本质还是降低耦合度

传入整个对象

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 假设我们当前的程序需要进行网络通信
        Socket socket = new Socket("localhost", 8080);   
        Test test = new Test();
        // 现在需要执行 test 方法来做一些事情
        test.test(socket);   
    }
    static class Test {
        // 比如 test 方法需要得到我们当前 Socket 连接的本地地址
        public void test(Socket socket){
            System.out.println("IP地址：" + socket.getLocalAddress());
        }
    }
}

虽然这种写法没有问题，直接提供一个 Socket 对象供使用，然后再由 test 方法来取出 IP 地址。但是这样显然违背了迪米特法则，实际上这里的 test 方法只需要一个 IP 地址即可。完全可以只传入一个字符串，而不是整个 Socket 对象，这样就保证了与其他类的交互尽可能的少。要是某一天，Socket 类中的这些方法发生修改了，那我们就得连带着去修改这些类，很麻烦。

就像在餐厅吃完了饭，应该是自己扫码付款，而不是直接把手机交给老板来帮你操作付款。

2.只传入该函数所需要的，一个字符串（或者传入一个对象的其中一个属性）

public class Main {
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("localhost", 8080);
        Test test = new Test();
        // 在外面解析好再传入
        test.test(socket.getLocalAddress().getHostAddress());  
    }
    
    static class Test {
        // 一个字符串就搞定了
        public void test(String str){   
            System.out.println("IP地址："+str);
        }
    }
    
}